智能化配電網(wǎng)管理系統(tǒng)通信模式的研究_圖文

1、 益的持續(xù)提高,社會(huì)滿意度不斷提升和社會(huì)的和諧發(fā)展。智能化電網(wǎng)是智能化配電網(wǎng)的進(jìn)一步延伸,是對(duì)電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和信息系統(tǒng)的高度集成。通過電子化控制,在非常大的彈性范圍內(nèi)提供廣泛的需求響應(yīng),配電網(wǎng)進(jìn)行智能的控制,以“自愈”的方式處理緊急狀況,可以即時(shí)地將問題和事故就地處理并更正,從而避免了連鎖效應(yīng),從根本上提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,并且可以正確及時(shí)地響應(yīng)能源市場(chǎng)和電力公司的業(yè)務(wù)需求,是一個(gè)從整個(gè)電力行業(yè)的整體出發(fā),站在更高的角度提出的十分具有前瞻性、創(chuàng)造性的先進(jìn)觀點(diǎn)和理論。通信系統(tǒng)是建設(shè)智能化配電自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)。配電自動(dòng)化要借助可靠的通信手段,將控制中由于智能化配電網(wǎng)的發(fā)展變化,與之相對(duì)應(yīng)的智能化

2、配電網(wǎng)管理系統(tǒng)也有新的發(fā)展,一般應(yīng)具備以下主要功能。1管理規(guī)模逐步擴(kuò)大,網(wǎng)絡(luò)越來越復(fù)雜,雙電源向多電源發(fā)展。2DA(Delayed Action,延遲作用方案由自動(dòng)分段/重合器向電流型/集中控制發(fā)展。3配電自動(dòng)化系統(tǒng)基本模式分層控制得到確認(rèn)。4管理的功能由單一配電SCADA向SCADA/ DA/DMS/DG(分散發(fā)電/DSM(需方用電管理/電網(wǎng)效益和實(shí)用的配網(wǎng)規(guī)劃工具綜合管理系統(tǒng)發(fā)展。5AM/FM/GIS配電管理向SCADA/DA一體化發(fā)展。6一次/二次系統(tǒng)逐步統(tǒng)一向智能化開關(guān)發(fā)展。1.2智能化配電網(wǎng)管理系統(tǒng)對(duì)通信系統(tǒng)的主要需求智能化配電網(wǎng)通信模式的設(shè)計(jì)主要取決于相應(yīng)配電網(wǎng)的規(guī)模和要求實(shí)現(xiàn)的具

3、體希望水平。由于智能化配電網(wǎng)系統(tǒng)擁有眾多的配變、用戶變、箱變、開閉所、配電變壓器、柱上開關(guān)、分段開關(guān)、并聯(lián)補(bǔ)償電容器、用戶電能表和重要負(fù)荷等電氣設(shè)備,站點(diǎn)一般會(huì)有成百上千甚至上萬個(gè)之多,地域分布廣、種類多、運(yùn)行狀態(tài)復(fù)雜、自然環(huán)境惡劣,要對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控就需要安裝大量的RTU、FTU、DTU、TTU等終端設(shè)備,規(guī)模較大的配電網(wǎng)還要配置子站。因此,智能化配電網(wǎng)的通信信息有如下特點(diǎn):通信節(jié)點(diǎn)數(shù)量相對(duì)較大;通信節(jié)點(diǎn)間距離短;每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)量小。針對(duì)這些特點(diǎn),智能化配電網(wǎng)對(duì)通信系統(tǒng)有如下要求:通信可靠性要高;效能費(fèi)用比要高;配電通信的實(shí)時(shí)性要快;具備停電和故障時(shí)的通信能力。使用和維護(hù)方便;具備

4、可擴(kuò)充性。2智能化配電網(wǎng)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)選擇2.1智能化配電網(wǎng)管理系統(tǒng)的基本架構(gòu)智能化配電網(wǎng)的主要特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量龐大,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。由于面對(duì)用戶,網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式變化多而快,要求處理問題及時(shí),這些特點(diǎn)直接影響智能化配電網(wǎng)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。所以,我國(guó)的智能化配電網(wǎng)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多按下述原則考慮。1配電網(wǎng)管理系統(tǒng)通常都設(shè)計(jì)成開放的積木式結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)是可以采取分期實(shí)施的策略,在系統(tǒng)建設(shè)初期,可以先控制在適當(dāng)?shù)囊?guī)模和實(shí)現(xiàn)基本的功能,然后根據(jù)需要逐步擴(kuò)充容量和全面實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。這樣,既能見效快、便于實(shí)施,又不使規(guī)劃遠(yuǎn)景受影響。2當(dāng)前的配電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多分為3個(gè)層次,即地區(qū)調(diào)度中心、地區(qū)電網(wǎng)管理中心、分散現(xiàn)場(chǎng)操作區(qū)(饋

5、電網(wǎng)絡(luò)區(qū)域,如圖1所示。圖配電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1System configuration of power distribution network 注:A為目標(biāo)/設(shè)置命令;B為配電過程綜合信息;C為設(shè)置命令;D 為配電信息;R為開閉所或柱上開關(guān)RTU(或FTU,TTU。2.2智能化配電網(wǎng)通信系統(tǒng)基本架構(gòu)根據(jù)上面分析,智能化配電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建應(yīng)為一個(gè)4層的架構(gòu),每層根據(jù)當(dāng)?shù)啬壳巴ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)情況,可以采用相同或不同的通信技術(shù)及設(shè)備,以滿足配網(wǎng)管理系統(tǒng)的需求。1第1層:用戶級(jí)通信。電力公司(主站系統(tǒng)內(nèi)部間各計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的通信,它們一般通過局域網(wǎng)相連,相互之間的通信為用戶級(jí)通信。該類信息主要通過調(diào)

6、度中心內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn),多采用LAN技術(shù),雙絞線連接。2第2層:主站級(jí)通信(主站和主站間、主站和子站間通信。一個(gè)完整的配電管理系統(tǒng)包括配電自動(dòng)化主站、配電自動(dòng)化子站、遠(yuǎn)方監(jiān)控單元3部分。主站和主站間、主站和子站間通信有共同特點(diǎn),其中一方必為計(jì)算機(jī)系統(tǒng),另一方為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或其他監(jiān)控單元,建議把它們分為一層。主站級(jí)通信的另一個(gè)特點(diǎn)是通信距離比較遠(yuǎn),可能為幾km,甚至幾十km。實(shí)際上,配電主(子站系統(tǒng)還得和調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行通信,還應(yīng)與變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)或變電站遠(yuǎn)方終端FTU進(jìn)行通信,把它們一并歸類到主站級(jí)通信。3第3層:子站級(jí)通信(子站至現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)施(FTU間的通信。主要指子站和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控單元間的

7、通信。該層的特點(diǎn)是通信距離短、通信采集點(diǎn)多、數(shù)據(jù)量較小。4第4層:現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)通信(FTU與TTU之間和TTU之間的通信。各種遠(yuǎn)方監(jiān)控單元相互之間也需要進(jìn)行通信,這一層次為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通信,·專題聚焦·樊劍輝智能化配電網(wǎng)管理系統(tǒng)通信模式的研究21··包括饋線遠(yuǎn)方終端FTU相互間的通信,配電變壓器遠(yuǎn)方終端TTU相互間的通信,以及FTU和TTU 之間的通信等。3智能化配電網(wǎng)通信模式技術(shù)分析3.1配電網(wǎng)管理系統(tǒng)的通信需求分析從智能化配電網(wǎng)管理系統(tǒng)的主要功能來看,配電網(wǎng)管理系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)可主要分成2種。1靜態(tài)數(shù)據(jù)或結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)。該類數(shù)據(jù)說明了配電網(wǎng)有形的固定資產(chǎn),由3個(gè)

8、方面構(gòu)成:電網(wǎng)及控制設(shè)備規(guī)格的技術(shù)數(shù)據(jù);在電網(wǎng)顯示圖及地圖上的地理數(shù)據(jù);用戶運(yùn)行數(shù)據(jù),如電網(wǎng)接線、負(fù)荷模型等。2動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)或配電過程性數(shù)據(jù)。該類數(shù)據(jù)是根據(jù)配電過程的事件而來的,需要連續(xù)不斷地更新,由5個(gè)方面構(gòu)成:來自RTU/FTU的遙信數(shù)據(jù)和遙測(cè)抄表;現(xiàn)場(chǎng)工作班的信息;事故數(shù)據(jù);工作計(jì)劃數(shù)據(jù);用戶接口數(shù)據(jù)等。3.2智能化配電網(wǎng)通信系統(tǒng)流量預(yù)測(cè)以一個(gè)典型的配電網(wǎng)絡(luò)為例進(jìn)行配電網(wǎng)通信系統(tǒng)帶寬分析。具體的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是地區(qū)調(diào)度中心下轄A變電站下掛著B開閉站,B開閉站共有6條10kV出線,分別連著2號(hào)配電室、3號(hào)-8號(hào)箱變,共計(jì)7個(gè)用戶;每個(gè)配電室或箱變都有2條10kV進(jìn)線為其供電;該配電網(wǎng)的通信系統(tǒng)主要需

9、要傳輸3類數(shù)據(jù)。1開閉站到用戶之間的數(shù)據(jù)(現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)通信。開閉站到用戶之間的數(shù)據(jù)需要采集的信息點(diǎn)較多,但每個(gè)采集點(diǎn)的配網(wǎng)自動(dòng)化信息數(shù)據(jù)量不大,依照配電系統(tǒng)自動(dòng)化規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則中的規(guī)定,每個(gè)FTU/TTU的最大傳輸速率是19.2kbit/s,即需要通信系統(tǒng)提供19.2kbit/s的帶寬即可。2開閉站到變電站控制中心之間的數(shù)據(jù)。由于開閉站下的所有用戶端數(shù)據(jù)都要經(jīng)過開閉站傳送到變電站,數(shù)據(jù)量比較大。以A變電站到B開閉站為例,B開閉站下有6條10kV出線,共計(jì)14個(gè)FTU,按照每個(gè)FTU的最大傳輸速率為19.2kbit/s計(jì)算,A變電站與B開閉站間理論上的最大傳輸帶寬要求為268.8kbit/s,即需要

10、通信系統(tǒng)至少提供268.8kbit/s的帶寬。3變電站至地區(qū)調(diào)度中心的數(shù)據(jù)。因該網(wǎng)絡(luò)地區(qū)調(diào)度中心只轄1個(gè)變電站,所以變電站至地區(qū)調(diào)度中心的數(shù)據(jù)寬要求等同于開閉站到變電站控制中心之間的數(shù)據(jù),也為268.8kbit/s。假如地區(qū)調(diào)度中心下轄200個(gè)左右的變電站,帶寬需要10Mbit/s左右。3.3當(dāng)前主流通信技術(shù)比較目前主流的通信方式有一點(diǎn)多址無線通信、微波通信、衛(wèi)星通信、光纖通信、擴(kuò)頻通信、電力線載波通信、有線電視電纜、無線尋呼網(wǎng)、租用電話線等,各種通信方式的特點(diǎn)和傳輸容量見表1所列。4智能化配電網(wǎng)通信模式建議考慮一個(gè)包含主站、子站、FTU、TTU以及電量集抄系統(tǒng)的完整的智能化配電管理系統(tǒng),下面

11、分層次對(duì)通信系統(tǒng)規(guī)劃情況進(jìn)行說明。1主站與子站之間,使用單模光纖。實(shí)施智能化配電網(wǎng)管理的電力企業(yè)(或供電局,大多在調(diào)度中心與變電所之間已經(jīng)建立了單模光纖通信網(wǎng)絡(luò),配網(wǎng)管理系統(tǒng)主站與子站之間的通信可以借用這個(gè)通道,以節(jié)省再次鋪設(shè)通信線路的投資。而且,主站與子站之間的通信距離相對(duì)較遠(yuǎn),中間又沒有中繼裝置,單模光纖的傳輸距離在6km以上,完全能夠滿足要求。2子站與FTU之間,使用多模光纖。主干通信網(wǎng)絡(luò)采用光纖作為通信介質(zhì),可靠性高,出現(xiàn)故障的可能性低。光纖通信網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于有線及無線而言,投資要高一些,但光纖通信網(wǎng)絡(luò)可靠性高,而且目前光纜的價(jià)格及光收發(fā)器的價(jià)格也可以接受。因?yàn)樽诱九cFTU之間形成的通信網(wǎng)

12、絡(luò)之間,各個(gè)通信節(jié)點(diǎn)的距離較短,很少超過3km,多模光纖已經(jīng)能夠滿足要求,不需要使用單模光纖。因此,子站與FTU之間可使用多模光纖,構(gòu)成自愈雙環(huán)網(wǎng),沿著城區(qū)10kV配電線路進(jìn)行敷設(shè),在配電子站與饋線終端FTU之間形成物理上的環(huán)形或鏈形結(jié)構(gòu)。分別為配電子站和饋線終端FTU配置一套光通信設(shè)備(EPON或光modem,可以保證通信網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)不至于導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信的崩潰。通信網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。電力系統(tǒng)通信2009,30(205 22··表1各種通信方式的特點(diǎn)和傳輸容量Tab.1Characteristics and transmission capacity of a variety

13、 of communication means通信方式傳輸介質(zhì)信道傳輸速率傳輸距離施工難度施工周期傳輸成本維護(hù)成本可靠性配電線載波低壓配電線<1200bit/s臺(tái)內(nèi)區(qū)極易短低極低差工頻控制配電線10300bit/s較短極易短低極低差脈動(dòng)控制配電線5060bit/s較短極易短低極低差電話專線公用電話網(wǎng)3004800bit/s較長(zhǎng)較難長(zhǎng)高高一般撥號(hào)電話公用電話網(wǎng)3004800bit/s較長(zhǎng)較難長(zhǎng)高高一般CATV通道有線電視網(wǎng)3009600bit/s有線電視網(wǎng)內(nèi)較難長(zhǎng)高高一般RS_485屏蔽雙絞線9600bit/s<1.2km簡(jiǎn)單多模光纜多模光纜<2Mbit/s<5km難長(zhǎng)極

14、高高高單模光纜單模光纜<2Mbit/s<50km難長(zhǎng)極高高高無線擴(kuò)頻自由空間<128kbit/s<50km難長(zhǎng)極高高高VHF電臺(tái)自由空間<128kbit/s<50km易(需要特批短低一般較差UHF電臺(tái)自由空間<128kbit/s<50km易(需要特批短低一般較差多址微波自由空間<128kbit/s<50km較難較長(zhǎng)低一般較高調(diào)幅廣播自由空間<1200bit/s<50km易(需要特批短低一般較差調(diào)頻廣播自由空間<1200bit/s<50km易(需要特批短低一般較差衛(wèi)星自由空間<1200bit/s全球易(需要

15、特批短低一般較差GRPS/CDMA自由空間<45100kbit/s GSM/CDMA網(wǎng)覆蓋區(qū)易短低低高圖2智能化配電通信網(wǎng)絡(luò)Fig.2Intelligent communication network in powerdistribution network3配變終端TTU的通信方式。配變TTU的數(shù)量較多,分布范圍大,運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜,由于TTU對(duì)通信實(shí)時(shí)性的要求相對(duì)FTU較低,因此,推薦的通信模式采用寬帶(窄帶PLC通信方式。因?yàn)镚PRS技術(shù)存在安全性較差、傳輸帶寬受限的缺陷,因此,在需要較大傳輸帶寬和較高安全需求的智能化配電網(wǎng)中,推薦采用PLC(數(shù)據(jù)量小使用窄帶,數(shù)據(jù)量大使用寬帶技術(shù)。即

16、在每個(gè)配電變壓器、箱變及配電室中低壓出線側(cè)安裝集中器(內(nèi)含寬帶電力線載波通信模塊,并與光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過RJ45接口連接進(jìn)行寬帶載波信號(hào)注入,各計(jì)量表箱安裝采集器,通過RS-485線或直接對(duì)表箱內(nèi)的電表進(jìn)行采集。集中器作為寬帶電力線載波的頭端設(shè)備與寬帶載波采集器組成寬帶電力線網(wǎng)絡(luò),形成以電力線為傳輸介質(zhì)的高速IP網(wǎng)絡(luò)。采集的數(shù)據(jù)通過電力線網(wǎng)絡(luò)傳至主站。在通信效果欠佳的情況下,可通過安裝中繼器增強(qiáng)通信效果?；趯拵LC的第3層通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D3所示。5結(jié)束語智能配電網(wǎng)通信系統(tǒng)可以簡(jiǎn)單分為接入層(主站級(jí)通信和數(shù)據(jù)采集層(現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)通信。接入層是指10kV配電到110kV/35kV變電站、·

17、專題聚焦·樊劍輝智能化配電網(wǎng)管理系統(tǒng)通信模式的研究23··圖3基于寬帶PLC 的第三層通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銯ig.3Topology of the third layer of PLC 螄based broadband communications network圖4遠(yuǎn)程傳輸通道示意Fig.4Schematic diagram of remote transmission channel供電公司之間的通信。用戶層通信信道指10kV 配電到用戶側(cè)/電能表之間的通信。接入層建議利用基于以太網(wǎng)方式的無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(EPON ,使用無源分光器實(shí)現(xiàn)光節(jié)點(diǎn)的分支。用戶接入網(wǎng)建議直接利

18、用電力線作為通信介質(zhì),采用PLC 技術(shù)實(shí)現(xiàn)各種信息的雙向?qū)崟r(shí)并發(fā)采集和系統(tǒng)的管理控制。遠(yuǎn)程傳輸通道如圖4所示。電力線寬帶通信技術(shù)(PLC 充分利用電力設(shè)施,實(shí)現(xiàn)電力網(wǎng)、電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)的“三網(wǎng)合一”,是提供“最后1km ”解決方案最具競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)之一。配電和用電的通信網(wǎng)建成后,除了可以承載配網(wǎng)自動(dòng)化、配電網(wǎng)智能調(diào)度等業(yè)務(wù)外,還可以面向社會(huì)的服務(wù)。提供的增值業(yè)務(wù)從業(yè)務(wù)劃分上可以分為電力相關(guān)的增值服務(wù)和完全面向社會(huì)的信息通信服務(wù)。電力相關(guān)的增值服務(wù)主要是依托電力配電和用電側(cè)相關(guān)自動(dòng)化、信息化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)服務(wù)多樣、靈活互動(dòng)、友好開放等服務(wù)。如:為用戶提供終端能電力系統(tǒng)通信2009,30(20524&#

19、183;·專題聚焦 樊劍輝 智能化配電網(wǎng)管理系統(tǒng)通信模式的研究 25 效管理、購(gòu)電提醒服務(wù)、智能用電管理、自助繳費(fèi)、 用電信息查詢、用電宣傳及相關(guān)廣告業(yè)務(wù)等。 面向 社會(huì)的信息通信服務(wù)主要包含寬帶接入、 語音和 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、視頻業(yè)務(wù)、報(bào)警和應(yīng)急系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)、三表 抄收等。 出版社 , 2007. 2 陳堂 , 趙祖康 . 配電系統(tǒng)及其自動(dòng)化技術(shù) M 北京 : 中 國(guó)電力出版社 , 2002. （ZL ） 樊 劍 輝 （1978 ），男 ，河 北 石 家 莊 人 ，工 程 師 ， 從 事 通 信系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)管理工作。 （收稿日期：2009-07-11 ；修回日期：2009-08-15 ） 參

20、考文獻(xiàn) 1 許 克 明 , 熊 煒 配 電 網(wǎng) 管 理 系 統(tǒng) M 重 慶 : 重 慶 大 學(xué) Study on communication mode of smart distribution network management system FAN Jian-hui （State Grid Information & Telecommunication Co., Ltd., Beijing 100761 ） Abstract: Smart distribution network will become the next development direction. The te

21、chnology applied to construct a communication network with higher reliability, efficiency and quality has become the hot issue for study. Based on the analysis on the basic structure and the correspondence demands of smart distribution network, this article introduces the communication network schem

22、e, discusses the feasibility and efficiency of various new communication technologies and equipments, and puts forward the suggestion that the layered networking configuration is the best solution for distribution communication network. It also points out that by fully utilizing the existing communication resources and the newest technology and equipment, high quality and reliable services can be provided for power distributio